第一章 液压与气动技术概论

全国高等职业教育示范专业规划教材

液压与气动主编马廉洁副主编单淑梅韩廷水参编张文祥赵春红机械工业出版社第一章液压与气动技术概论第一节液压与气动技术的发展第二节液压与气压传动的工作原理、组成及图形符号第三节液压与气动技术的特点第一节液压与气动技术的发展一、液压与气动技术的发展过程相对于机械传动，液压传动技术起步较晚，自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压传动技术只有二三百年的历史。直到20世纪30年代才较普遍地用于起重机、机床及工程机械。第二次世界大战期间，由于战争需要，出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。第二次世界大战结束后，液压技术迅速转向民用工业，不断应用于各种自动机械及自动生产线，从而使它在机械制造、工程机械、农业机械、汽车制造等行业得到推广应用。第一节液压与气动技术的发展1829年出现了多级空气压缩机，为气压传动的发展创造了条件，1871年风镐开始用于采矿，1868年美国人发明了气动制动装置，并在1872年用于铁路车辆的制动，20世纪50年代气动技术成功用于导弹尾翼控制的高压气动伺服机构，60年代发明射流和气动逻辑元件，使气动技术得到了很大发展。我国的液压工业开始于20世纪50年代，最初只应用于机床和锻压设备上，后来又用于拖拉机和工程机械。现在，我国的液压与气动技术随着从国外引进一些液压气动元件、生产技术以及进行自行设计，现已形成了系列，并在各种机械设备上得到了广泛的使用。第一节液压与气动技术的发展液压与气动技术随着原子能技术、空间技术、计算机技术的发展渗透到各个工业领域中，开始向高速、高压、大功率、高效率、低噪声、高度集成化的方向发展。液压与气动技术已成为工业机械、工程建筑机械及国防尖端产品不可缺少的重要技术。液压与气动技术革新主要体现在液压现场总线技术、自动化控制软件技术、水压元件及系统、液压节能技术等方面。二、液压与气动技术的发展趋势第一节液压与气动技术的发展1.液压现场总线与气动智能化技术液压系统是在液压总线的供油路和回油路间安装数个开关液压源，其与各自的控制阀、执行器相连接。气动技术的智能化指的是具有集成微处理器，并具有处理指令和程序控制功能的单元或元件。最典型的智能气动是内置可编程控制器的阀岛。二、液压与气动技术的发展趋势第一节液压与气动技术的发展液压与气压技术在机械设备中的应用非常广泛。有的设备是利用其能传递大的动力、结构简单、体积小、重量轻的优点，如工程机械、矿山机械、冶金机械等；有的设备是利用它操纵控制方便，能较容易地实现较复杂工作循环的优点，如各类金属切削机床、轻工机械、运输机械、军工机械、各类装载机等。三、液压与气动技术的应用五、液压传动的应用1.进给运动传动装置2.往复主运动传动装置3.回转主运动传动装置4.仿形装置5.辅助装置6.步进传动装置7.静压支承第二节工作原理、组成及图形符号传动机构通常分为机械传动、电气传动和流体传动机构。流体传动是以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动。它包括液体传动和气体传动。液体传动是以液体为工作介质的流体传动。它包括液力传动和液压传动。液力传动是主要利用液体动能的液体传动。液压传动是主要利用液体压力能的液体传动。气压传动是以压缩气体为工作介质，靠气体的压力传递动力或信息的流体传动。传递动力的系统是将压缩气体经由管道和控制阀输送给气动执行元件，把压缩气体的压力能转换为机械能而作功；传递信息的系统是利用气动逻辑元件或射流元件以实现逻辑运算等功能，亦称气动控制系统。第二节工作原理、组成及图形符号液压传动系统以液体作为工作介质，而气压传动系统则以气体作为工作介质。两种工作介质的不同在于：液体几乎不可压缩，气体却有较大的可压缩性。液压与气压传动在基本工作原理、元件的工作机理、以及回路的构成等多方面是相似的。下面就分别以液压千斤顶和气动剪料机系统来说明液压传动和气压传动的工作原理。

一、液压与气压传动的工作原理及结构组成工作原理动画演示一、

液压传动的工作原理1－手柄2－泵缸3－吸油单向阀4－排油单向阀5－油箱6－截止阀7－液压缸8－重物

液压千斤顶的工作原理第二节工作原理、组成及图形符号图1-1所示液压千斤顶，当手柄1带动活塞上提时，泵缸2容积扩大形成真空，排油单向阀4关闭，油箱5中的液体在大气压力作用下，经油管、吸油单向阀3进入泵缸2内；当手柄1带动活塞下压时，吸油单向阀3关闭，泵缸2中的液体推开排油单向阀4、经油管进入液压缸7，迫使活塞克服重物8的重力上升而做功；一、液压与气压传动的工作原理及结构组成1.液压传动的工作原理及结构组成第二节工作原理、组成及图形符号当需液压缸7的活塞停止时，使手柄1停止运动，液压缸7中的液压力使排油单向阀4关闭，液压缸7的活塞就自锁不动；工作时截止阀6关闭，当需要液压缸7的活塞放下时，打开此阀，液体在重力作用下经此阀排往油箱5。一、液压与气压传动的工作原理及结构组成1.液压传动的工作原理及结构组成

液压传动装置由以下几部分组成：（1）液压动力元件：把机械能转换成液体压力能的元件。如液压泵。（2）液压执行元件：把液体压力能转换成机械能的元件。如液压缸、液压马达等元件。（3）液压控制元件：通过对液体的方向、压力、流量的控制，来实现对执行元件的运动方向、作用力、速度等的控制。如换向阀、减压阀等元件。（4）液压辅助元件：上述三个组成部分以外的其它元件，如管道、管接头、油箱、滤油器等为辅助元件。第二节工作原理、组成及图形符号以气动剪料机为例来说明气压传动的工作原理，图1-2示一、液压与气压传动的工作原理及结构组成2.气压传动的工作原理及结构组成图1-2气压传动的工作原理1－压缩机2－冷却器3－油水分离器4－贮气罐5－分水滤气器6－减压阀7－油雾器8－行程阀9－换向阀10－气缸11－工料第二节工作原理、组成及图形符号图示系统中，工料11送入剪料机并到达预定位置时，行程阀8的阀芯被推向右移，把换向阀9的控制腔A接通大气，于是在弹簧力作用下，阀9下移。由空气压缩机1发生并经净化储存在储气罐4中的压缩空气，经分水滤气器5、减压阀6、油雾器7、换向阀9排入大气，气缸活塞杆带动剪刀将工料11剪断，2.气压传动的工作原理及结构组成第二节工作原理、组成及图形符号并随之松开行程阀8的阀芯使之复位，将排气通道隔断，而将进气通道接通。于是换向阀9的控制腔内的气压升高，阀芯被推向上移，主气路被切换，压缩空气进入气缸10上腔，气缸活塞向下运动并使气缸下腔排气，活塞向下运动带动剪刀复位，准备第二次下料。

2.气压传动的工作原理及结构组成第二节工作原理、组成及图形符号气压传动由气源元件、气动执行元件、气动控制元件和气动辅件组成。（1）气源元件：是把机械能转换成气体压力能的元件。是提供压缩空气的装置，一般采用空气压缩机。（2）气动执行元件：把压缩气体的压力能转换为机械能的装置，用来驱动工作部件，包括气缸和气动马达。（3）气动控制元件：用来调节气流的方向、压力和流量，相应地分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀等。（4）气动辅件元件：包括净化空气用的分水滤气器，改善空气润滑性能的油雾器，消除噪声的消声器，管子联接件、气动传感器等。2.气压传动的工作原理及结构组成第二节工作原理、组成及图形符号图1-1示出了液压系统的一种半结构式的工作原理图，图1-2所示的气压系统图是一种半结构式的气压工作原理图。它直观性强，容易理解，但绘制比较麻烦。在实际工作中，除少数特殊情况外，一般都采用国标GB/T786.1-1993所规定的液压与气动图形符号（参看附录）来绘制，如图1-3、图1-4所示。二、液压与气压传动的图形符号第二节工作原理、组成及图形符号二、液压与气压传动的图形符号第三节液压与气动技术的特点与机械传动、电气传动相比，液压传动具有以下优点（1）液压传动的各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置；（2）重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快；（3）操纵控制方便，可实现大范围的无级调速（调速范围达2000:1）；一、液压传动的主要特点1.液压传动的优点第三节液压与气动技术的特点（4）可自动实现过载保护；（5）相对运动面可自行润滑，使用寿命长；（6）容易实现直线运动，容易实现机器的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。第三节液压与气动技术的特点2.液压传动的主要缺点（1）由于流体流动的阻力损失和泄漏较大，所以效率较低。（2）容易造成环境污染，还可能引起火灾和爆炸事故。（3）工作性能易受温度变化的影响，不宜在很高或很低的温度条件下工作。（4）液压元件的制造精度要求较高，价格较贵。1.气压传动的优点（1）工作介质来源方便，用后排气处理简单，不污染环境。（2）空气的粘度很小，管路损失也很小，所以便于集中供气、远距离输送。（3）气压传动结构简单、轻便、安装维护简单，动作迅速、反应快。（4）工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中，比液压、电子、电气控制优越。（5）压力等级低，使用安全。（6）能够实现过载自动保护。二、气压传动的主要特点第三节液压与气动技术的特点2.气压传动的缺点（1）由于空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性较差。（2）传递的功率较小，因而气动系统输出力较小。（3）噪声较大，在高速排气时要加消声器。（4）气动装置中的气信号传递速度在声速以内比电子及光速慢，因此，气动控制系统不宜用于元件级数过多的复杂回路。（5)空气做为工作介质本身没有润滑性，需另加装置进行给油润滑。第三节液压与气